PARP1-зависимые изменения нуклеосомной организации: возможное участие p53

Хроматин эукариот представляет собой высокоорганизованную и динамичную структуру, состоящую из ДНК и ассоциированных белков. Эти белки обеспечивают точную регуляцию ключевых процессов, включая экспрессию генов, репликацию и репарацию ДНК. Важнейшими регуляторами архитектуры хроматина из негистоновых белков, являются p53 и PARP1, которые участвуют в ответе клетки на повреждения ДНК. В настоящей работе проведено исследование кооперативного и конкурентного связывания ДНК-связывающего домена (DBD, DNA-Binding Domain) белка p53, и фермента PARP1 с мононуклеосомами, реконструированными на основе последовательности Widom 603 с встроенным сайтом связывания p53. Для детекции взаимодействий использован метод электрофоретического сдвига подвижности (EMSA, Electrophoretic Mobility Shift Assay) с флуоресцентно меченными нуклеосомами. Комплексы формировали двумя способами: предварительно инкубировали нуклеосомы с p53 DBD и затем добавляли PARP1, либо сначала получали комплекс нуклеосома–PARP1 и затем вносили p53 DBD. Результаты показали, что порядок добавления белков определяет характер их взаимодействия с нуклеосомой: при низких концентрациях p53 наблюдается вытеснение этого белка PARP1, тогда как при повышении концентрации p53 формируются стабильные комплексы нуклеосома–p53, не нарушенные белком PARP1. Стабильных тройных комплексов нуклеосома–p53–PARP1 не обнаружено.

1. Luger K., Hansen J.C. Nucleosome and chromatin fiber dynamics. Curr. Opin. Struct. Biol. 2005;15(2):188–196.

2. Bavykin S.G., Usachenko S.I., Zalensky A.O., Mirzabekov A.D. Structure of nucleosomes and organization of internucleosomal DNA in chromatin. J. Mol. Biol. 1990;212(3):495–511.

3. Luger K. Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A˚ resolution. Nature. 1997;389(6648):251–260.

4. Bednar J., Horowitz R.A., Grigoryev S.A., Carruthers L.M., Hansen J.C., Koster A.J., Woodcock C.L. Nucleosomes, linker DNA, and linker histone form a unique structural motif that directs the higher-order folding and compaction of chromatin. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998;95(24):14173–14178.

5. Luger K., Dechassa M.L., Tremethick D.J. New insights into nucleosome and chromatin structure: an ordered state or a disordered affair? Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2012;13(7):436–447.

6. Mishra L.N., Thiriet C., Vasudevan D. Editorial: Chromatin structure and function. Front. Genet. 2023;14:1140534.

7. Ko H.L., Ren E.C. Functional aspects of PARP1 in DNA repair and transcription. Biomolecules. 2012;2(4):524–548.

8. Ray Chaudhuri A., Nussenzweig A. The multifaceted roles of PARP1 in DNA repair and chromatin remodelling. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2017;18(10):610–621.

9. Nakamoto M.Y., Rudolph J., Wuttke D.S., Luger K. Non-specific binding of RNA to PARP1 and PARP2 does not lead to catalytic activation. Biochemistry. 2019;58(51):5107–5111.

10. Muthurajan U.M., Hepler M.R.D., Hieb A.R., Clark N.J., Kramer M., Yao T., Luger K. Automodification switches PARP-1 function from chromatin architectural protein to histone chaperone. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2014;111(35):12752–12757.

11. Zhang S., Sun X., Jing Z., Qu F. Spectroscopic analysis on the resveratrol-DNA binding interactions at physiological pH. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2011;82(1):213–216.

12. Labuschagne C.F., Zani F., Vousden K.H. Control of metabolism by p53 – Cancer and beyond. Biochim. Biophys. Acta Rev. Cancer. 2018;1870(1):32–42.

13. Levine A.J. p53, the cellular gatekeeper for growth and division. Cell. 1997;88(3):323–331.

14. Borrero L.J.H., El-Deiry W.S. Tumor suppressor p53: Biology, signaling pathways, and therapeutic targeting. Biochim. Biophys. Acta Rev. Cancer. 2021;1876(1):188556.

15. Sui X., Han W., Pan H. p53-induced autophagy and senescence. Oncotarget. 2015;6(14):11723–11724.

16. Wang X., Simpson E.R., Brown K.A. p53: Protection against tumor growth beyond effects on cell cycle and apoptosis. Cancer Res. 2015;75(23):5001–5007.

17. Fischer M., Schwarz R., Riege K., Förste S., Schwab K., Wiechens E., van Bömmel A., Hoffmann S. p53 reveals principles of chromatin remodeling and enhancer activation. Nucleic Acids Research. 2025;53(11):gkaf465.

18. Yu X., Buck M.J. Defining TP53 pioneering capabilities with competitive nucleosome binding assays. Genome Res. 2019;29(1):107–115.

19. Widom J. A relationship between the helical twist of DNA and the ordered positioning of nucleosomes in all eukaryotic cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1992;89(3):1095–1099.

20. Okorokov A.L., Sherman M.B., Plisson C., Grinkevich V., Sigmundsson K., Selivanova G., Milner J., Orlova E.V. The structure of p53 tumour suppressor protein reveals the basis for its functional plasticity. EMBO J. 2006;25(21):5191–5200.

21. Liu Z., Kraus W.L. Catalytic-independent functions of PARP-1 determine Sox2 pioneer activity at intractable genomic loci. Molecular Cell. 2017;65(4):589-603.e9.

22. Nozaki T., Masutani M. p53-dependent cell cycle checkpoint after DNA damage and its relevance to PARP1. Res. Rev. Insights. 2018;2(2):1–5.

23. Süsse S., Scholz C.J., Bürkle A., Wiesmüller L. Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP-1) and p53 independently function in regulating double-strand break repair in primate cells. Nucleic Acids Res. 2004;32(2):669–680.

24. Wang M., Wu W., Wu W., Rosidi B., Zhang L., Wang H., Iliakis G. PARP-1 and Ku compete for repair of DNA double strand breaks by distinct NHEJ pathways. Nucleic Acids Res. 2006;34(21):6170–6182.

25. Reinhardt H.C., Schumacher B. The p53 network: Cellular and systemic DNA damage responses in aging and cancer. Trends Genet. 2012;28(3):128–136.

26. Malanga M. Poly(ADP-ribose) binds to specific domains of p53 and alters its DNA binding functions. J. Biol. Chem. 1998;273(19):11839–11843.